ArrayList 重拳出击，把 LinkedList 打 倒在地
发布时间：2022-11-29 11:11:48 所属栏目：语言 来源：
导读： 如果再有人给你说 “ArrayList 底层是数组，查询快、增删慢;LinkedList 底层是链表，查询慢、增删快”，你可以让他滚了! 这是一个极其不负责任的总结，关键是你会在很多地方看到这样的结论。 害，
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如果再有人给你说 “ArrayList 底层是数组，查询快、增删慢;LinkedList 底层是链表，查询慢、增删快”，你可以让他滚了! 这是一个极其不负责任的总结，关键是你会在很多地方看到这样的结论。 害，我一开始学 Java 的时候，也问过一个大佬，“ArrayList 和 LinkedList 有什么区别?”他就把“ArrayList 底层是数组，查询快、增删慢;LinkedList 底层是链表，查询慢、增删快”甩给我了，当时觉得，大佬好牛逼啊! 后来我研究了 ArrayList 和 LinkedList 的源码，发现还真的是，前者是数组，后者是 LinkedList，于是我对大佬更加佩服了! 直到后来，我亲自跑程序验证了一遍，才发现大佬的结论太草率了!根本就不是这么回事! 先来给大家普及一个概念——时间复杂度。 在计算机科学中，算法的时间复杂度(Time complexity)是一个函数，它定性描述该算法的运行时间。这是一个代表算法输入值的字符串的长度的函数。时间复杂度常用大 O 符号表述，不包括这个函数的低阶项和首项系数。使用这种方式时，时间复杂度可被称为是渐近的，亦即考察输入值大小趋近无穷时的情况。例如，如果一个算法对于任何大小为 n (必须比 大)的输入，它至多需要 的时间运行完毕，那么它的渐近时间复杂度是 。 增删改查，对应到 ArrayList 和 LinkedList，就是 add(E e)、remove(int index)、add(int index, E element)、get(int index)，我来给大家一一分析下，它们对应的时间复杂度，也就明白了“ArrayList 底层是数组，查询快、增删慢;LinkedList 底层是链表，查询慢、增删快”这个结论很荒唐的原因 对于 ArrayList 来说： 1)get(int index) 方法的时间复杂度为 ，因为是直接从底层数组根据下标获取的，和数组长度无关。 public E get(int index) { Objects.checkIndex(index, size); return elementData(index); } 这也是 ArrayList 的最大优点。 2)add(E e) 方法会默认将元素添加到数组末尾，但需要考虑到数组扩容的情况，如果不需要扩容，时间复杂度为 。 public boolean add(E e) { modCount++; add(e, elementData, size); return true; } private void add(E e, Object[] elementData, int s) { if (s == elementData.length) elementData = grow(); elementData[s] = e; size = s + 1; } 如果需要扩容的话，并且不是第一次(oldCapacity > 0)扩容的时候，内部执行的 Arrays.copyOf() 方法是耗时的关键，需要把原有数组中的元素复制到扩容后的新数组当中。 private Object[] grow(int minCapacity) { int oldCapacity = elementData.length; if (oldCapacity > 0 || elementData != DEFAULTCAPACITY_EMPTY_ELEMENTDATA) { int newCapacity = ArraysSupport.newLength(oldCapacity, minCapacity - oldCapacity, /* minimum growth */ oldCapacity >> 1 /* preferred growth */); return elementData = Arrays.copyOf(elementData, newCapacity); } else { return elementData = new Object[Math.max(DEFAULT_CAPACITY, minCapacity)]; } } 3)add(int index, E element) 方法将新的元素插入到指定的位置，考虑到需要复制底层数组(根据之前的判断，扩容的话，数组可能要复制一次)，根据最坏的打算(不管需要不需要扩容，System.arraycopy() 肯定要执行)，所以时间复杂度为 。 public void add(int index, E element) { rangeCheckForAdd(index); modCount++; final int s; Object[] elementData; if ((s = size) == (elementData = this.elementData).length) elementData = grow(); System.arraycopy(elementData, index, elementData, index + 1, s - index); elementData[index] = element; size = s + 1; } 来执行以下代码，把沉默王八插入到下标为 2 的位置上。 ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); list.add("沉默王二"); list.add("沉默王三"); list.add("沉默王四"); list.add("沉默王五"); list.add("沉默王六"); list.add("沉默王七"); list.add(2, "沉默王八"); System.arraycopy() 执行完成后，下标为 2 的元素为沉默王四，这一点需要注意。也就是说，在数组中插入元素的时候，会把插入位置以后的元素依次往后复制，所以下标为 2 和下标为 3 的元素都为沉默王四。 之后再通过 elementData[index] = element 将下标为 2 的元素赋值为沉默王八;随后执行 size = s + 1，数组的长度变为 7。 4)remove(int index) 方法将指定位置上的元素删除，考虑到需要复制底层数组，所以时间复杂度为 。 public E remove(int index) { Objects.checkIndex(index, size); final Object[] es = elementData; @SuppressWarnings("unchecked") E oldValue = (E) es[index]; fastRemove(es, index); return oldValue; } private void fastRemove(Object[] es, int i) { modCount++; final int newSize; if ((newSize = size - 1) > i) System.arraycopy(es, i + 1, es, i, newSize - i); es[size = newSize] = null; } 对于 LinkedList 来说： 1)get(int index) 方法的时间复杂度为 ，因为需要循环遍历整个链表。 public E get(int index) { checkElementIndex(index); return node(index).item; } LinkedList.Node<E> node(int index) { // assert isElementIndex(index); if (index < (size >> 1)) { LinkedList.Node<E> x = first; for (int i = 0; i < index; i++) x = x.next; return x; } else { LinkedList.Node<E> x = last; for (int i = size - 1; i > index; i--) x = x.prev; return x; } } 下标小于链表长度的一半时，从前往后遍历;否则从后往前遍历，这样从理论上说，就节省了一半的时间。 如果下标为 0 或者 list.size() - 1 的话，时间复杂度为 。这种情况下，可以使用 getFirst() 和 getLast() 方法。 public E getFirst() { final LinkedList.Node<E> f = first; if (f == null) throw new NoSuchElementException(); return f.item; } public E getLast() { final LinkedList.Node<E> l = last; if (l == null) throw new NoSuchElementException(); return l.item; } first 和 last 在链表中是直接存储的，所以时间复杂度为 。 2)add(E e) 方法默认将元素添加到链表末尾，所以时间复杂度为 。 public boolean add(E e) { linkLast(e); return true; } void linkLast(E e) { final LinkedList.Node<E> l = last; final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; } 3)add(int index, E element) 方法将新的元素插入到指定的位置，需要先通过遍历查找这个元素，然后再进行插入，所以时间复杂度为。 public void add(int index, E element) { checkPositionIndex(index); if (index == size) linkLast(element); else linkBefore(element, node(index)); } 如果下标为 0 或者 list.size() - 1 的话，时间复杂度为 。这种情况下，可以使用 addFirst() 和 addLast() 方法。 public void addFirst(E e) { linkFirst(e); } private void linkFirst(E e) { final LinkedList.Node<E> f = first; final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(null, e, f); first = newNode; if (f == null) last = newNode; else f.prev = newNode; size++; modCount++; } linkLast() 只需要对 last 进行更新即可。 public void addLast(E e) { linkLast(e); } void linkLast(E e) { final LinkedList.Node<E> l = last; final LinkedList.Node<E> newNode = new LinkedList.Node<>(l, e, null); last = newNode; if (l == null) first = newNode; else l.next = newNode; size++; modCount++; } 需要注意的是，有些文章里面说，LinkedList 插入元素的时间复杂度近似 ，其实是有问题的，因为 add(int index, E element) 方法在插入元素的时候会调用 node(index) 查找元素，该方法之前我们之间已经确认过了，时间复杂度为 ，即便随后调用 linkBefore() 方法进行插入的时间复杂度为 ，总体上的时间复杂度仍然为 才对。 （编辑：我爱制作网_沈阳站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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